DE102005039184B4 - Method for evaluating a cinematographic image series of the heart, magnetic resonance tomography apparatus and computer program - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Auswertung einer kinematographischen Bildserie (1) des Herzens (3), wobei die Bilderserie eine Kurzachsenschnitt-Serie des Herzens ist, während eines Herzzyklus, aufweisend folgende Schritte:
– Aufnehmen der Bildserie (1) mit einer Aufnahmeeinheit, bei welcher Bildserie (1) sich gesundes Herzmuskelgewebe (24, 44) von geschädigtem Herzmuskelgewebe (25, 45) unterscheidbar aufgrund von kontrastmittelfreien und kontrastmittelmarkierten Bereichen darstellt,
– Verarbeiten von zumindest zwei Einzelbildern (5, 5') der Bildserie (1) mithilfe einer Datenverarbeitungseinheit, indem an jedem der Einzelbilder (5, 5') im Bereich des Herzmuskels, in dem geschädigtes Herzmuskelgewebe (25, 45) und gesundes Herzmuskelgewebe (24, 44) vorhanden sind, mittels eines Mustererkennungsalgorithmus (6) zumindest ein Bereich des gesunden Herzmuskelgewebes (24, 44) erfasst wird, indem ein Radius (29, 29') festgelegt wird, und indem entlang des Radius (29, 29') ein radialer Durchmesser (31, 31', 51, 51') des Bereiches des gesunden Herzmuskelgewebes gemessen wird,
– Erfassen einer dynamischen Änderung (7) des radialen Durchmessers (31, 31', 51,...A method of evaluating a cinematographic image series (1) of the heart (3), wherein the series of images is a short-axis incision series of the heart, during a cardiac cycle, comprising the following steps:
Recording the image series (1) with a recording unit in which image series (1) healthy heart muscle tissue (24, 44) is distinguishable from damaged myocardial tissue (25, 45) due to contrast agent-free and contrast-medium-marked regions,
Processing of at least two individual images (5, 5 ') of the image series (1) by means of a data processing unit, in each of the individual images (5, 5') in the region of the heart muscle, in the damaged heart muscle tissue (25, 45) and healthy myocardial tissue ( 24, 44), by means of a pattern recognition algorithm (6) at least a region of the healthy myocardial tissue (24, 44) is detected by defining a radius (29, 29 ') and along the radius (29, 29') measuring a radial diameter (31, 31 ', 51, 51') of the area of the healthy cardiac muscle tissue,
- Detecting a dynamic change (7) of the radial diameter (31, 31 ', 51, ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung einer kinematographischen Bildserie des Herzens, bei der gesundes Herzmuskelgewebe von geschädigtem unterscheidbar dargestellt ist, insbesondere bei einer Cine-Delayed-Enhancement-MRT-Bildserie des Herzens. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kernspintomographiegerät und ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for evaluating a cinematographic image series of the heart, in which healthy myocardial tissue is shown distinguishable from damaged, in particular in a cine-delayed enhancement MRI image series of the heart. Furthermore, the invention relates to a magnetic resonance tomography apparatus and a computer program for carrying out such a method.
In der nächstkommenden Druckschrift Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 13, S. 236 (2005) wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine kinematographische oder Cine Bildserie des Herzens 10 bis 20 Minuten nach einer intravenösen Applikation von Gadopentat-Dimeglumin mit einer TrueFISP Sequenz aufgezeichnet wird. Diese Bildserie wird als Cine-Delayed-Enhancement-Bildserie bezeichnet. Dadurch erhält man eine Bildserie des Herzens während eines Herzzyklus, bei der ischämiegeschädigtes Herzmuskelgewebe durch eine Kontrastmittelanreicherung gekennzeichnet ist. Die Auswertung einer solchen Bildserie erfolgt bislang manuell durch den Anwender, was mit einem hohen Personal- und Zeitaufwand verbunden ist. Dabei werden die Ausdehnung des Narbengewebes und die Kontraktilität der gesamten Herzwand quantifiziert.In the closest publication Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 13, p. 236 (2005) describes a method in which a cinematographic or cine series of images of the heart is recorded 10 to 20 minutes after an intravenous administration of gadopentate dimeglumine with a TrueFISP sequence. This image series is called Cine-Delayed Enhancement series. This results in a series of images of the heart during a cardiac cycle in which ischemia-damaged myocardial tissue is characterized by a contrast enhancement. The evaluation of such a series of images is done manually so far by the user, which is associated with a high staff and time. The extent of the scar tissue and the contractility of the entire heart wall are quantified.
Die
Die
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Bildserie des Herzens während eines Herzzyklus, bei der gesundes Herzmuskelgewebe von geschädigtem unterscheidbar dargestellt ist, zu wesentlichen Teilen automatisch ausgewertet wird und dem Anwender medizinisch relevante Informationen zum Grad der Schädigung ausgegeben werden.It is the object of the present invention to provide a method with which a series of images of the heart during a cardiac cycle in which healthy myocardial tissue is shown distinguishable from damaged, is evaluated to essential parts automatically and the user medically relevant information on the degree of damage are output ,
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.This object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. The dependent claims further form the central idea of the invention in a particularly advantageous manner.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auswertung einer kinematographischen Bildserie des Herzens während eines Herzzyklus beansprucht, aufweisend die folgenden Schritte:
- – Aufnehmen der Bildserie mit einer Aufnahmeeinheit, wobei sich bei der Bildserie gesundes Herzmuskelgewebe von geschädigtem Herzmuskelgewebe unterscheidbar aufgrund von kontrastmittelfreien und kontrastmittelmarkierten Bereichen darstellt,
- – Verarbeiten von zumindest zwei Einzelbildern der Bildserie mithilfe einer Datenverarbeitungseinheit, indem an jedem der Einzelbilder mittels eines Mustererkennungsalgorithmus zumindest ein Bereich des gesunden Herzmuskels und/oder des geschädigten Herzmuskels erfasst wird, und indem zumindest eine beschreibende Größe gemessen wird, die eine geometrische Eigenschaft des Bereiches beschreibt, der durch den Mustererkennungsalgorithmus erfasst worden ist,
- – Erfassen einer dynamischen Änderung der beschreibenden Größe, und
- – Ausgeben einer medizinisch relevanten Information, die aus der dynamischen Änderung der beschreibenden Größe gewonnen wird.
- Recording the series of images with a recording unit, wherein in the series of images healthy myocardial tissue is distinguishable from damaged myocardial tissue due to contrast-agent-free and contrast-medium-marked areas,
- Processing at least two individual images of the image series with the aid of a data processing unit by detecting at least one region of the healthy heart muscle and / or the damaged heart muscle on each of the individual images by means of a pattern recognition algorithm, and by measuring at least one descriptive variable representing a geometric property of the region described by the pattern recognition algorithm,
- - Detecting a dynamic change of descriptive size, and
- - Issuing medically relevant information, which is obtained from the dynamic change of the descriptive size.
Durch dieses Verfahren werden bei der Auswertung der Bildserie wesentliche und arbeitsintensive Schritte, die bisher eine manuelle Auswertung benötigten, halbautomatisch oder automatisch gelöst, sodass Zeit und Kosten eingespart werden. Die beschreibende Größe kennzeichnet dabei geometrische Informationen des vom Mustererkennungsalgorithmus erkannten Bereiches und kann beispielsweise ein Durchmesser, die Breite oder die Fläche des Bereiches sein. Der Mustererkennungsalgorithmus kann dabei automatisch oder halbautomatisch arbeiten. Wenn er beispielsweise als automatischer Segmentierungsalgorithmus ausgebildet ist, kann er die gut unterscheidbaren kontrastmittelfreien und kontrastmittelmarkierten Bereiche des Herzmuskels erkennen und gegebenenfalls markieren. In einer interaktiven Ausgestaltung des Segmentierungsalgorithmus kann der Anwender selbst Punkte festlegen, die als Startpunkte für den Segmentierungsalgorithmus dienen, und gegebenenfalls manuell eingreifen und Korrekturen vornehmen. Der Mustererkennungsalgorithmus muss nicht zwangsläufig als Segmentierungsalgorithmus ausgebildet sein. Beispielsweise kann es ausreichen, dass der Mustererkennungsalgorithmus entlang von vorgegebenen Linien – etwa entlang von Schnittlinien – den Beginn und das Ende von kontrastmittelmarkierten oder -freien Bereichen kennzeichnet und gegebenenfalls markiert. Dadurch ist es möglich, Durchmesser von Bereichen zu ermitteln.As a result of this method, significant and labor-intensive steps that previously required a manual evaluation are solved semi-automatically or automatically during the evaluation of the image series, so that time and costs are saved. In this case, the descriptive variable characterizes geometric information of the region recognized by the pattern recognition algorithm and can be, for example, a diameter, the width or the area of the region. The pattern recognition algorithm can work automatically or semi-automatically. For example, if it is designed as an automatic segmentation algorithm, it can recognize and optionally mark the well distinguishable contrast-free and contrast-marked areas of the heart muscle. In a interactive design of the segmentation algorithm, the user himself can set points that serve as starting points for the segmentation algorithm, and optionally intervene manually and make corrections. The pattern recognition algorithm does not necessarily have to be designed as a segmentation algorithm. By way of example, it may be sufficient for the pattern recognition algorithm to mark the start and the end of contrast-marked or -free regions along predetermined lines-for example along cutting lines-and mark them if appropriate. This makes it possible to determine the diameter of areas.
Da die Auswertung an zumindest zwei Bildern der Bildserie stattfindet, lässt sich die Änderung der beschreibenden Größe über den Herzzyklus verfolgen. Aus der dynamischen Änderung der Größe können medizinisch relevante Informationen gewonnen werden, deren Informationsgehalt über das hinausgeht, was sich aus der Auswertung eines einzelnen statischen Bildes ergäbe. Anschließend wird die Information dem Anwender ausgegeben.Since the evaluation takes place on at least two images of the image series, the change in the descriptive variable can be tracked over the cardiac cycle. From the dynamic change of size medically relevant information can be obtained whose information content goes beyond what would result from the evaluation of a single static image. Subsequently, the information is output to the user.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die medizinisch relevante Information eine graphische und/oder eine tabellarische Darstellung der dynamischen Änderung der beschreibenden Größe. Dadurch kann der Anwender auf einen Blick quantitativ erkennen, wie sich die beschreibende Größe über die Zeit des Herzzyklus ändert.In a preferred embodiment, the medically relevant information is a graphical and / or a tabular representation of the dynamic change of the descriptive variable. This allows the user to see quantitatively at a glance how the descriptive size changes over the time of the cardiac cycle.
Vorteilshafterweise wird als medizinisch relevante Information ein Wert aus der dynamischen Änderung der beschreibenden Größe ausgegeben, der zu einem bestimmten Zeitpunkt gehört. Der Zeitpunkt kann dabei ein besonders charakteristischer Zeitpunkt während des Herzzyklus sein, wie zum Beispiel der Zeitpunkt der Endsystole oder der Enddiastole.Advantageously, as a medically relevant information, a value is output from the dynamic change of the descriptive variable that belongs to a particular point in time. The time may be a particularly characteristic time during the heart cycle, such as the time of the end systole or end diastole.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die medizinisch relevante Information die prozentuale Änderung der Größe zwischen zwei bestimmten Zeitpunkten, wie beispielsweise der Endsystole und der Enddiastole. Dadurch kann der Anwender auf einfache Weise über die Änderung der bestimmten Größe während des Herzzyklus informiert werden.In a further embodiment of the invention, the medically relevant information is the percentage change in size between two specific times, such as the end systole and the end diastole. This allows the user to be easily informed of the change in the particular size during the cardiac cycle.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die medizinisch relevante Information ein maximaler oder ein minimaler Wert aus der dynamischen Änderung der beschreibenden Größe oder die prozentuale Änderung der beschreibenden Größe bezüglich des maximalen und minimalen Wertes. Auch hier wird der Anwender auf einfache und prägnante Weise über die Änderung der bestimmten Größe, beispielsweise über den radialen Durchmesser der Infarktnarbe, während des Herzzyklus informiert.In a further embodiment of the invention, the medically relevant information is a maximum or a minimum value from the dynamic change of the descriptive variable or the percentage change of the descriptive variable with respect to the maximum and minimum value. Again, the user is informed in a simple and concise manner about the change of the particular size, for example about the radial diameter of the infarcted scar, during the cardiac cycle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die kinematographische Bildserie eine Kurzachsenschnitt-Serie des Herzens. Es kann aber auch je nach klinischer Fragestellung eine Bildserie einer anderen Schnittebene gewählt werden, beispielsweise ein Längsachsenschnitt- oder eine Vierkammerschnitt-Serie.In a preferred embodiment, the cinematographic image series is a short-axis section series of the heart. Depending on the clinical question, however, it is also possible to select a series of images of another sectional plane, for example a longitudinal-axis section or a four-chamber section series.
Bei der Kurzachsenschnitt-Serie wird vorteilhafterweise ein Radius in einer bestimmten Richtung festgelegt, und als beschreibende Größe wird ein radialer Durchmesser des gesunden Herzmuskels entlang des Radius gemessen. Daraus wird vorteilhafterweise die prozentuale Änderung der Herzmuskeldicke des gesunden Herzmuskels während eines Herzzyklus ermittelt. Aus dieser Information kann der Anwender erkennen, welche Kontraktilität der gesunde Herzmuskel in Richtung des Radius hat. Vor allem in Bereichen des Herzmuskels, bei denen sowohl gesundes als auch geschädigtes Herzmuskelgewebe vorhanden ist, erteilt diese Information Auskunft über die Restkontraktilität und die Vitalität von gesundem Herzmuskelgewebe und kann für eine weitere Therapieplanung eine entscheidende Rolle spielen.In the short-axis section series, a radius is advantageously set in a certain direction, and a descriptive quantity is a radial diameter of the healthy heart muscle along the radius. This advantageously determines the percentage change in the heart muscle thickness of the healthy heart muscle during a cardiac cycle. From this information, the user can see what contractility the healthy heart muscle has in the direction of the radius. Especially in areas of the heart muscle where both healthy and damaged myocardial tissue is present, this information provides information on the residual contractility and vitality of healthy heart muscle tissue and may play a crucial role in further treatment planning.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Radien in unterschiedliche Richtungen festgelegt, und zu jedem dieser Radien wird eine richtungsabhängige prozentuale Änderung der Herzmuskeldicke des gesunden Herzmuskels erfasst. Dadurch lassen sich Informationen über die räumliche Verteilung von Kontraktilität und Kontraktilitätsminderungen gewinnen. Bevorzugterweise wird die richtungsabhängige prozentuale Änderung der Herzmuskeldicke in einem Bulls-Eye-Plot dargestellt, um dem Anwender eine graphisch prägnante Darstellung der medizinisch wichtigen Informationen zu liefern. Das Bulls-Eye-Plot kann dabei farbkodiert sein.In a further advantageous embodiment of the invention, a plurality of radii are set in different directions, and for each of these radii a directional percentage change in the heart muscle thickness of the healthy heart muscle is detected. This provides information about the spatial distribution of contractility and contractility reductions. Preferably, the directional percent change in cardiac muscle thickness is displayed in a bulls-eye plot to provide the user with a graphically concise representation of the medically important information. The bulls-eye plot can be color-coded.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ebenso wie bei der Vermessung des gesunden Herzmuskels ein radialer Durchmesser des geschädigten Herzmuskels entlang eines Radius in einer bestimmten Richtung gemessen. Vorteilhafterweise wird die prozentuale Änderung der Herzmuskeldicke des geschädigten Herzmuskels entlang dieses Radius während eines Herzzyklus bestimmt. Dadurch erhält der Anwender Rückschluss über eine eventuell noch vorhandene Restkontraktilität oder über eine möglicherweise drohende Herzwandruptur. Auch hier werden bevorzugterweise mehrere Radien in unterschiedliche Richtungen festgelegt, entlang derer jeweils die prozentuale Änderung der Herzmuskeldicke des geschädigten Herzmuskels erfasst wird. Dadurch lassen sich Informationen über die räumliche Ausdehnung des geschädigten Herzmuskelgewebes gewinnen. Die Darstellung erfolgt bevorzugterweise in einem Bulls-Eye-Plot, das farbkodiert sein kann.In a further embodiment, as in the measurement of the healthy heart muscle, a radial diameter of the damaged heart muscle is measured along a radius in a specific direction. Advantageously, the percentage change in cardiac muscle thickness of the damaged myocardium along this radius is determined during a cardiac cycle. This provides the user with inferences about any residual contractility that may still exist or about a possibly threatening heart wall rupture. Here, too, it is preferable to define a plurality of radii in different directions, along which the percentage change in the heart muscle thickness of the damaged heart muscle is detected. This allows information about the spatial extent of the damaged heart muscle tissue win. The representation preferably takes place in a bulls-eye plot, which can be color-coded.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die kinematographische Bildserie des Herzens eine Cine-Delayed-Enhancement-MRT-Serie, da bei dieser Serie sich gesundes und geschädigtes Herzmuskelgewebe gut unterscheidbar darstellt. Es sind aber auch andere Bildserien des Herzens geeignet, solange sich gesundes und geschädigtes Herzmuskelgewebe unterscheidbar darstellt. Dies kann beispielsweise auch bei einer Gated-SPECT-CT-Darstellung des Herzens gewährleistet werden.In a preferred embodiment, the cinematographic image series of the heart is a Cine-Delayed Enhancement MRI series, since in this series, healthy and damaged myocardial tissue is well distinguishable. However, other series of pictures of the heart are also suitable as long as healthy and damaged myocardial tissue is distinguishable. This can also be ensured, for example, with a gated-SPECT-CT display of the heart.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kernspintomographiegerät beansprucht, das zur Durchführung des Verfahrens gemäß den obigen Ansprüchen geeignet ist.Further, according to the present invention, an MRI apparatus suitable for carrying out the method according to the above claims is claimed.
Ebenso beansprucht wird ein Computersoftwareprodukt, welches ein Verfahren gemäß den obigen Ansprüchen implementiert, wenn es auf einer mit diesem Kernspintomographiegerät verbundenen Recheneinrichtung läuft.Also claimed is a computer software product implementing a method according to the above claims when running on a computing device connected to this magnetic resonance tomography device.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further advantages, features and characteristics of the present invention will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Der Mustererkennungsalgorithmus
Oft ist es vorteilhaft, dass mehrere Größen bestimmt werden, die geometrische Eigenschaften von unterschiedlichen Bereichen im Herzmuskel beschreiben. Beispielsweise kann an einer Stelle des Herzens die Innenschicht des Herzmuskels geschädigtes Herzmuskelgewebe enthalten, während die Außenschicht des Herzmuskels noch intakt ist. In diesem Falle ist es vorteilhaft, zwei Größen zu bestimmen, von denen die eine den Durchmesser des gesunden Herzmuskels und die andere den Durchmesser des geschädigten Herzmuskels beschreibt. Diese beiden Größen können miteinander in Beziehung gesetzt werden, um beispielsweise deren prozentuale Anteile am gesamten Durchmesser des Herzmuskels zu ermitteln.It is often advantageous to determine several quantities that describe geometric properties of different areas in the heart muscle. For example, at one location of the heart, the inner layer of the heart muscle may contain damaged myocardial tissue while the outer layer of the heart muscle is still intact. In this case, it is advantageous to determine two quantities, one describing the diameter of the healthy heart muscle and the other describing the diameter of the damaged heart muscle. These two quantities can be related to each other, for example, to determine their percentage of the total diameter of the heart muscle.
In einem weiteren Schritt wird dem Anwender eine medizinisch relevante Information, die sich aus der dynamischen Änderung
In
Während sich entlang des Radius
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